JP6860498B2 - ロボットシステムの監視装置 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
[ロボットシステム]
図1は、第1実施形態に係る監視装置を備えるロボットシステムの全体構成を示すブロックダイアグラムである。図1に示すように、ロボットシステム1は、ロボット2と、制御装置3と、監視装置4を備える。本実施形態のロボットシステム1は、ロボット2と作業者が同じ作業エリアで共同して作業を行うためのものである。このため、ロボットシステム1は、周辺の作業者の安全を確保するために監視装置4を備える。
[監視装置]
監視装置4は、ロボットシステム1においてロボット2の動作を監視して衝突を検知するように構成される。監視装置4は、制御装置3からロボット2の監視信号を受信し、衝突を検知した場合には、制御装置3に停止信号を供給する。監視装置4は、ロボット2とともに作業を行う作業者の安全性を向上させるために、制御装置3から独立して設けられる。例えば制御装置3と監視装置4は一つの筐体の中に収容される。
[ロボット]
次に、ロボット2の具体的な構成について図面を用いて説明する。図3は、ロボット2の関節構造を模式的に示す図である。本実施形態のロボット2は同軸双腕型の水平多関節ロボットである。図3に示すように、左アーム2Lは、回転関節軸である第1関節軸J1、第2関節軸J2及び第3関節軸J3と、並進(直動)関節軸である第4関節軸J4を有する。右アーム2Rは、回転関節軸である第1関節軸J1、第2関節軸J2及び第3関節軸J3と、並進(直動)関節軸である第4関節軸J4を有する。
[ロボットの監視]
次に、ロボットシステム1におけるロボット2の動作監視について図5及び図6のフローチャートも参照しつつ説明する。まず、制御装置3は、ロボット2のエリア制御を実行する(図5のステップS51)。図4に示すように、制御装置3は、ロボット2のツールセンターポイントPがエリア100A又は100B内に存在する場合には、動作速度が第1速度以下になるようにロボット2のアーム2R又は2Lを制御し、ロボット2のツールセンターポイントPがエリア100A又は100B内に存在しない場合には、ロボット2の動作速度が第2速度以下になるようにロボット2のアーム2R又は2Lを制御する。
ここでAはヤコビ行列であり、ロボット2の座標系と関節座標系との間の微小変位関係を表現した行列である。ヤコビ行列Aについて、誤差Δxと関節角差分Δθには式(2)の関係が成立している。
このように外力演算部32は、式(1)のように外乱トルクτdにヤコビ行列Aの転置行列ATの逆行列を乗じることによりロボット2に働く外力fdを算出し、これを力監視部12に出力する。ここで、式(1)の外力fdはロボット2の先端(ツールセンターポイントP)で作用していると想定したときの外力である。外力fdがロボット2の先端以外を作用点としている場合は、外力fdを実際の作用点での外力に座標変換してもよい。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
本実施形態では、速度監視部15は、速度演算部14から入力された動作速度Vの値が予め設定された第1速度Vth1を超えたか否かを判定し、第1速度Vth1を超えたときにロボット2が異常速度で動作したと判定して異常速度検知信号を生成し、これを停止信号生成部13に出力する。監視装置4は異常速度を検知しない場合はステップS81へ戻り、監視信号の受信を待機する。
(その他の実施形態)
尚、上記各実施形態の外力検出部は、各サーボモータMに流れる電流値及び各サーボモータMの駆動に必要な駆動トルクに基づいてロボット2に働く外力を演算したが、これに限定されることはない。例えばロボット2の先端に力センサを設けることにより、ロボット2に働く外力を検出してもよい。
2 ロボット
3 制御装置
4 監視装置
5 電流センサ
6 演算処理器
7 サーボアンプ
10 外力検出部
11 エリア判定部
12 力監視部
13 停止信号生成部
30 電流トルク変換部
31 外乱トルク演算部
32 外力演算部
33 加減算器
34 エリア内衝突判定部
35 衝撃力演算部
36 エリア外衝突判定部
61 電流値生成部
62 エリア設定部
63 駆動トルク推定部
J 関節軸
M サーボモータ
E 位置センサ
L 電源ライン
Claims (6)
- 1以上の関節軸、及び、その関節軸を駆動させるサーボモータを有するロボットと、前記ロボットの動作範囲において所定のエリアを予め設定し、前記ロボットの動作を制御する制御装置と、を備えるロボットシステムの監視装置であって、
前記ロボットに働く外力を検出する外力検出部と、
前記ロボットの所定部分が前記所定エリア内に存在するか否かを判定するエリア判定部と、
前記エリア判定部により前記ロボットの前記所定部分が所定エリア内に存在すると判定された場合に、少なくとも前記ロボットに働く外力の監視を含む第1の監視基準で衝突を検知するとともに、前記エリア判定部により前記ロボットの前記所定部分が所定エリア内に存在しないと判定された場合に前記外力の監視を含まない第2の監視基準で衝突を検知する力監視部と、
前記力監視部により衝突が検知された場合には前記ロボットの停止信号を生成し、これを前記制御装置に供給する停止信号生成部と、を備える、
ロボットシステムの監視装置。 - 前記力監視部は、前記エリア判定部により前記ロボットの前記所定部分が前記所定エリア内に存在しないと判定された場合には、前記ロボットに働く外力の微分値に比例した衝撃力の監視を含む前記第2の監視基準で衝突を検知する、請求項1に記載のロボットシステムの監視装置。
- 前記各サーボモータの回転角度位置を検出する位置センサと、
前記位置センサで検出された前記各サーボモータの回転角度位置に基づいて、前記ロボットの動作速度を演算する速度演算部と、
前記エリア判定部により前記ロボットの前記所定部分が前記所定エリア内に存在すると判定された場合に、前記ロボットの動作速度が第1速度を超えているか否かを監視し、前記エリア判定部により前記ロボットの前記所定部分が前記所定エリア内に存在しないと判定された場合に、前記ロボットの動作速度が前記第1速度よりも高い第2速度を超えているか否かを監視する速度監視部と、を更に備え、
前記停止信号生成部は、前記エリア判定部により前記ロボットの前記所定部分が前記エリア内に存在し、且つ前記速度監視部により前記ロボットの動作速度が前記第1速度を超えていると判定された場合、又は、前記エリア判定部により前記ロボットの前記所定部分が前記エリア内に存在せず、且つ前記速度監視部により前記ロボットの動作速度が前記第2速度を超えていると判定された場合には前記ロボットの停止信号を生成し、これを前記制御装置に供給する、請求項1又は2に記載のロボットシステムの監視装置。 - 前記ロボットの動作範囲において予め複数の前記エリアが設定されている、請求項1又は2に記載のロボットシステムの監視装置。
- 前記ロボットの動作範囲において予め複数の前記エリアが設定されており、前記複数の所定エリアにおいては、前記第1監視基準と前記第1速度との少なくとも一方が前記各エリア毎に異なる、請求項3に記載のロボットシステムの監視装置。
- 前記各サーボモータに流れる電流値を検出する電流センサを更に備え、
前記外力検出部は、
前記電流センサで検出された前記各サーボモータを流れる電流値をトルク値に変換する電流トルク変換部と、
前記各サーボモータの駆動に必要な駆動トルクを推定する駆動トルク推定部と、
前記電流トルク変換部で変換されたトルク値と前記駆動トルクの推定値との差を外乱トルクとして演算する外乱トルク演算部と、
前記外乱トルク演算部で演算された外乱トルク値を用いて前記ロボットに働く外力を演算する外力演算部と、を備える、請求項1又は2に記載のロボットシステムの監視装置。
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